Uzmanlar, evrenin en yoğun ve aşırı nesnelerinden biri olan nötron yıldızlarının, sıradan bir yol izlemeksizin “vampir” olarak adlandırılan beyaz cücelerin beslenmesiyle de meydana gelebileceğini ortaya koydu. ETH Zürich’ten Laurenz Thümmler önderliğindeki ekip, bu dönüşümün karbon-oksijen yerine oksijen-neon-magnezyum bileşimli ve belirli bir kütleye ulaşan beyaz cücelerde gerçekleşebileceğini 3 boyutlu simülasyonlarla modelledi. Araştırmaya göre süreç, eş yıldızdan gelen maddenin belirli aralıklarda beslemesini gerektiriyor; bu koşullar sağlanamazsa nötron yıldızı oluşmuyor.
Bu buluş, uzun yıllardır teori düzeyinde tartışılan “birikim kaynaklı çökme” (accretion-induced collapse, AIC) adı verilen süreci ilk kez ayrıntılı biçimde haritalandırıyor. Ekip, hangi beyaz cücelerin bu dönüşümü yaşayabileceğine dair net kriterler belirleyerek nötron yıldızı oluşumuna ilişkin anlayışı genişletiyor.
Beyaz cüceler ve nötron yıldızları nasıl doğar
Güneşimizle benzer kütledeki yıldızlar yakıtları tükenince öler ve arkalarında güçlü bir kalıntı olan beyaz cüce bırakır. Çekirdekteki hidrojen bittiğinde nükleer kaynama durur; bu sırada hidrojen helyuma dönüşür. Yıldız çöker ve dış katmanlarını uzaya saçarak Güneş kütlesine yakın, ancak Dünya’nın genişliğinde sıkışmış bir beyaz cüceye dönüşür.
Birleşen kütledeki yıldızlar ise benzer şekilde hidrojenlerini bitirdikten sonra çöker. Çökme sırasında çekirdekte yeterli basınç ve ısı oluşur ve oluşan helyen daha ağır elementlere kaynar. Süreç, yıldızın demir içine sahip olmasıyla sona erer. Son çökme bir süpernoya patlaması yaratır ve Güneş kütlesinin bir ile iki katı arasında kütleli bir nötron yıldızı oluşturur. Nötron yıldızlarının çoğu böyle doğar.
Bir köprü olarak AIC
Beyaz cüce senaryosu ile nötron yıldışı senaryosu arasında bir köprü olabileceği uzun süredir tahmin ediliyordu. Thümmler, bu yeni çalışmanın o yolu haritalandırdığını ve sürecin “birikim kaynaklı çökme” olarak adlandırıldığını belirtti.
AIC’de öncü zaten bir yıldız kalıntısıdır ve tetikleyici kendi evrimi değil, eş yıldızın kendisine aktardığı maddedir. AIC, beyaz cüce biçiminde bir yıldız kalıntısıyla başlar; nötron yıldızı doğurmanın geleneksel yoluysa kütikli canlı bir yıldızla başlar. Ancak AIC’de aşırı beslenen beyaz cücenin çökmesi, büyük bir yıldızın nötron yıldışı oluşturacak biçimde çökmesine geniş anlamda benzer.
Laurenz Thümmler, ETH Zürich
Nötron yıldızı oluşumunun her iki durumda da kütikli yıldızın içe çökmesini ve “nötrinolar” adlı hızlı parçacıkların olaydan enerjiyi uzaklaştırmasını içerdiğini anlatan Thümmler, önemli bir farkı da işaretledi. Standart büyük yıldız çökme senaryosunda, ardılındaki içe çökme süpernoyası ve nötron yıldızı doğumu, büyük yıldızın ölüm sancılarında uzaya saçılan maddeyi içeren kalın bir zarfın içinde gerçekleşir. AIC’lerdeyse bu kalın madde zarfı mevcut değildir.
AIC’nin soluk ve hızlı olması, sıradan bir süpernoyaya kıyasla çok az maddenin uzaya saçılması bekleniyor. Tüm beyaz cüceler AIC geçiremez; asıl mesele de budur.
Laurenz Thümmler, ETH Zürich
Neden içerideki şey önemli
Beyaz cücelerin çoğu karbon ve oksijenden oluşur. Ancak bazı yıldızlar, oksijen-neon-magnezyumdan oluşan bir beyaz cüce oluşturmak için çöker. Bu yalnızca dar bir yıldız kütle aralığında gerçekleşir; dolayısıyla bu bileşim, beyaz cücelerin azınlıkta bir nüfusunu temsil eder.
Karbon-oksijen beyaz cüceler eş veya kaynak yıldızdan aşırı beslendiklerinde, genellikle yaklaşık 1.4 Güneş kütlesi olan ve Chandrasekhar sınırı olarak adlandırılan değere ulaşana kadar beslenmeye devam eder. Bu sınıra ulaştıktan sonra süpernoya gidebilirler; ancak bu “Tip 1a” süpernoyaları sonucunda nötron yıldızı olmalarına rağmen tamamen yok edilirler. Oksijen-neon-magnezyum beyaz cücelerse yüksek yoğunlukları sayesinde bu yıkımdan kaçınır.
Bunlar genellikle karbon-oksijen beyaz cücelerden daha kütikli ve daha yoğundur; dolayısıyla Chandrasekhar sınırına yaklaşmak için eklemeleri gereken daha az maddeye ihtiyaçları vardır.
Laurenz Thümmler, ETH Zürich
Ancak Thümmler ve arkadaşları, bunun AIC’yi tetiklemek için gerekli tek koşul olmadığını keşfetti. Beyaz cüce aynı zamanda çok açgözlü de olamaz.
Beslenme hızının hassas dengesi
Ekip, kaynak yıldızdan beyaz cüceye düşen maddenin hızı olan birikim hızının, AIC’nin gerçekleşebilmesi için oldukça dar pencere içinde olması gerektiğini buldu.
Aşırı düşükse nova patlamaları biriken maddenin çoğunu tekrar uzaya saçabilir; aşırı yüksekse rüzgarlar, zarf genişlemesi veya ikili etkileşim beyaz cücenin çökme için gerekli koşullara ulaşmasını engelleyebilir. Birikim, patlayıcı yaklaşmayı tetiklemeden onu o noktaya ulaştıracak kadar hızlı ve dengeli olmalıdır. Bu koşullar sağlandığında elektronlar neon ve magnezyum çekirdeklerine yakalanır; bu da yıldızı destekleyen basıncı kaldırır ve çökme başlar.
Laurenz Thümmler, ETH Zürich
Bunların tümü, AIC’lerin beklenen nadir olaylar olduğunu gösteriyor; ancak gerçekleşme hızının ne kadar olduğu hâlâ büyük belirsizlik içeriyor.
Sürpriz ortam ve gözlem açısı
Ekip ayrıca AIC’lerin çevresindeki ortamın da şaşırtıcı bulunduğunu ortaya koydu. Beklenen, en çok nötron zengin maddenin en ağır elementleri üreterek dönüşüm ekseninde, manyetik olarak yönlendirilen akımın en güçlü olduğu yerde ortaya çıkmasıydı; ancak böyle olmuyor.
Bunun yerine ekibin modelleri, beyaz cücelerin neutron yıldızına dönüştürülmesi sırasında nötron zengin maddenin orta enlemlerde ortaya çıktığını gösterdi. Bu bölge, yoğun manyetik alanlar tarafından yönlendirilen madde akımlarının, enerji taşıyan nötrinolar tarafından ısıtılan rüzgarlarla çarpıştığı bölgedir.
Bu önemli çünkü bu olayların gözlem açısına göre farklı görüneceği anlamına gelir.
Laurenz Thümmler, ETH Zürich
Beyaz cüce dönüşümleri nasıl tespit edilir
Thümmler, bu AIC’lerin parlak bir ultraviyole ve optik olay olarak iki ile üç gün süren gözlemlerle, olası X-ışını yayılımları ve daha uzun süreli radyo yayılımlarıyla tespit edilebileceğini söyledi.
Bununla birlikte, böyle olaylar tarafından oluşturulan nötron yıldızları, geleneksel biçimde doğan yıldız kalıntılarından ayırt edilmesi zor olabilir.
Nötron yıldızı kütle dağılımının alt ucunu doldurmaları bekleniyor; çünkü çökken beyaz cüce Chandrasekhar sınırına yakın bir kütleye sahiptir ve nispeten az madde uzaya saçar. Ancak sıradan yıldız çökme kanalları, özellikle düşük kütleli öncüleri içerenler, yaklaşık 1.1 ile 1.4 Güneş kütlesi arasında kütleye sahip nötron yıldızları üretebilir; dolayısıyla tek başına düşük kütle, AIC kökenini benzersiz biçimde göstermez.
Laurenz Thümmler, ETH Zürich
Sonraki adımlar
Ekip, AIC araştırmalarını sürdürüyor. Thümmler, önümüzdeki aşamada izlenecek iki ana yaklaşım olduğunu anlattı.
İlk olarak, hem radyoaktif ısınmayı hem de enerji enjeksiyonunu çok daha ayrıntılı biçimde takip ederek tahmin edilen ışık eğrilerini daha güvenilir hale getirmek gerekiyor. Bu, nispeten erken kaçabilen kütlesiz parçacıkların taşıdığı enerjinin, yüklenmiş parçacıklar tarafından daha verimli bir şekilde biriktirilen enerjiden ayrıştırılmasını gerektiriyor; ayrıca nötron yıldızı rüzgarının ağır elementlerce zengin maddeyi nasıl ısıtıp hızlandırdığını da modellemek gerekiyor. Sonra ekibin simülasyonları, AIC’den gelen deşarjın genişlemesini takip etmek ve gözlemlenen ışık eğrisinin ile tayfın gözlem açısına nasıl bağlı olduğunu hesaplamak için kullanılabilir.
Laurenz Thümmler, ETH Zürich
Bu çalışma şu anda sürüyor. İkinci yön ise patlama geometrisinin sağlamlığını sınamaktır; çünkü mevcut modeller nispeten basit bir manyetik alan yapılandırmasıyla başlıyor ve daha karmaşık veya eğik alanlar farklı açılı deşarj örüntüleri üretebilir.
Ekip araştırması, makale paylaşım sitesinde ön baskı olarak görüntülenebiliyor.
[…] Çekebilir: Evrendeki en uçlu ölü yıldızlar “vampir” beyaz cücelerden oluşabilir → Kaynak: Space […]